電子水準(zhǔn)儀在水文勘測中的應(yīng)用

【摘要】近年來，隨著電子技術(shù)的發(fā)展，越來越多的勘測設(shè)備層出不窮，電子水準(zhǔn)儀，電子經(jīng)緯儀，全站儀，超站儀，網(wǎng)絡(luò)RTK（Real Time Kinematic）等設(shè)備已廣泛運用于社會各個角落的測量中，然而在我們傳統(tǒng)的水文測量中，基于對精度的要求和對新儀器的不信任，新儀器的推廣仍然十分緩慢，很多站點堅持使用老式水準(zhǔn)儀作為測量的唯一標(biāo)準(zhǔn)一起。天門水文局由于人員少任務(wù)重，為提高測量效率，有效節(jié)約人員成本，積極探索新儀器，新方法的實驗。自2014年起，嘗試使用電子水準(zhǔn)儀進(jìn)行三等測量，并與傳統(tǒng)水準(zhǔn)儀進(jìn)行比測。經(jīng)過多年的比測和運用，已積累了一定的經(jīng)驗和心得。

【關(guān)鍵詞】電子水準(zhǔn)儀；水文勘測；三等測量

一、水準(zhǔn)儀簡介

電子水準(zhǔn)儀是在自動安平水準(zhǔn)儀的基礎(chǔ)上，對望遠(yuǎn)鏡光路進(jìn)行改造，添加分光鏡和探測器（CCD）設(shè)備，有別于普通水準(zhǔn)儀，它采用專用水尺，以二維碼進(jìn)行編碼，用 CCD取代人工讀數(shù)，對尺面信息進(jìn)行直接的編碼處理，自動識別數(shù)字，并記錄、并對測量值進(jìn)行各項限差比對，從而使得測量的過程簡單、自動。

與傳統(tǒng)水準(zhǔn)儀相比，采用數(shù)字水準(zhǔn)儀可以節(jié)省將近50%的工作時間。這主要得益于數(shù)據(jù)保存在存儲器內(nèi)減少了手工輸入、記錄時間，超限測量自動提醒無需人工比較，原始數(shù)據(jù)直接下載到電腦，處理便捷。

（一）儀器校核

在進(jìn)行水文勘測前，按照規(guī)范需要對所使用的儀器進(jìn)行校核，檢驗儀器的可靠性，從而確保測量數(shù)據(jù)的真實可靠。電子水準(zhǔn)儀的誤差主要由兩種原因造成，一是光學(xué)誤差，二是電子誤差。電子誤差在我們使用的徠卡SPRINTER 250M儀器中可以自行消除，此處不做詳解，而光學(xué)誤差需要通過調(diào)整十字絲來消除，因而本文討論光學(xué)誤差的檢驗方法。

I角檢驗法。將A、B尺分別放置在相隔45M的地方兩端，然后將一起放置在距離A尺15米的位置上，分別對A、B尺進(jìn)行測量，記下讀數(shù)。然后移動一起到距離A尺30米的位置上再次進(jìn)行測量，記下此時的讀數(shù)。最后對兩次的高差進(jìn)行比較、計算，從而確定儀器是否正常。

（二）數(shù)據(jù)處理

將數(shù)據(jù)導(dǎo)入到EXCEL表格中，按照水文測量規(guī)范編輯計算用宏，然后通過電子表格計算。對數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總和分析。

二、電子水準(zhǔn)儀在船閘站的運用

為了驗證電子水準(zhǔn)儀的穩(wěn)定性，推進(jìn)新儀器的使用，選取天門船閘站為例，進(jìn)行水準(zhǔn)測量分析。

天門船閘站于1971年建立，位于天門市竟陵辦事處，坐標(biāo)：東經(jīng)113°09′，北緯30°39′，該站主要功能是控制天門河向汈汊湖區(qū)域入水量，由前閘和后閘組成。天門船閘現(xiàn)有1個基本水準(zhǔn)點，2個校核水準(zhǔn)點。

（一）測量準(zhǔn)備

儀器準(zhǔn)備：徠卡SPRINTER 250M電子水準(zhǔn)儀一部，三腳架，條碼尺2根，地釘4個（紅黑兩色各2個）。

人員準(zhǔn)備：3人。

（二）水準(zhǔn)路線

三等水準(zhǔn)路線：天門船閘修配廠——閘北路——鐘樓——南家嘴巷——船校下1——南家嘴巷——星星大街——船校上3

（三）儀器校核

本次測量采用I角校核，測量得出往測高差為-0.0740，返測高差為-0.0730，經(jīng)分析，儀器精度符合要求，可以進(jìn)行下一步三等水準(zhǔn)測量。

（四）成果對比

將本次測量數(shù)據(jù)與歷年水準(zhǔn)數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總，對比分析見表一。

由表1可知，船校下1測量高程為25.150米，測量前采用高程為25.157米，高程差為7毫米，小于允許差12毫米，符合水準(zhǔn)點校核標(biāo)準(zhǔn)。故測量后采用高程為25.157米不變；船校上3測量高程為29.539米，測量前采用高程為29.537米，高程差為2毫米，小于允許差12毫米，符合水準(zhǔn)點校核標(biāo)準(zhǔn)。故測量后采用高程為29.537米不變。

三、小結(jié)與展望

通過電子水準(zhǔn)儀在水文勘測中的應(yīng)用可以發(fā)現(xiàn)，電子水準(zhǔn)儀在日常測量中精度可以滿足水文測量的要求。同時它相比于傳統(tǒng)的光學(xué)水準(zhǔn)儀有很大的優(yōu)勢：第一，節(jié)省人力。以往的三等測量一般需要4-5人，而電子水準(zhǔn)儀只需要3人。第二，更加輕便。老式的尺為木質(zhì)，極其笨重，電子水準(zhǔn)儀的尺為鋁制空心尺，質(zhì)量至少減輕一倍，在長途測量中，其優(yōu)勢更為顯著。第三，自動記載更快捷，準(zhǔn)確。傳統(tǒng)水準(zhǔn)儀在度數(shù)后需要等待記載人員計算，過程相對較慢，同時人為因數(shù)可能引起測量的誤差。特別在單程雙轉(zhuǎn)點測量中，計算量很大，一般情況下傳統(tǒng)光學(xué)水準(zhǔn)儀測量，采用單程單轉(zhuǎn)點。而電子水準(zhǔn)儀，可以自動記載，自動比較各種限差，可以快速分析測量結(jié)果的合理性，可以采用單程雙轉(zhuǎn)點測量，節(jié)省一次測量的路徑，極大的節(jié)約時間和人力。第四，數(shù)據(jù)處理更便捷。傳統(tǒng)光學(xué)水準(zhǔn)儀測量的結(jié)果采用人工記載，人工計算，很容易因為個人疏忽出錯，同時計算過程很費時費力，后期校核難度也很大。而電子水準(zhǔn)儀可以將數(shù)據(jù)直接導(dǎo)出，運用電子表格進(jìn)行計算，整理資料迅速，而且錯誤率較低。

因而，大膽而謹(jǐn)慎的運用新儀器、新設(shè)備是一種創(chuàng)新，也是時代的推進(jìn)。將各種新式的電子設(shè)備與傳統(tǒng)水文業(yè)務(wù)相結(jié)合，提升水文的業(yè)務(wù)能力，解決人員相對不足，工作量巨大的問題，是新形勢下水文發(fā)展的大勢所趨。